DE60208258T2

DE60208258T2 - Frequenzselektive Platte und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE60208258T2
Application number: DE60208258T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Oguchi-cho Nakashima; Motoh Oguchi-cho Asakura; Masaaki Oguchi-cho Yonekura; Hideo Oguchi-cho Omoto
Original assignee: Central Glass Co Ltd
Current assignee: Central Glass Co Ltd
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2022-04-27
Also published as: EP1254871A1; EP1254871B1; US20030039842A1; US6673462B2; DE60208258D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine frequenzselektive Platte, die eine hohe Transparenz von Funkwellen und sichtbaren Strahlen aufweist, während sie Wärmestrahlen einer Sonnenstrahlung reflektiert, um eine ausreichende Wärmeisolierung bereitzustellen. Diese frequenzselektive Platte kann für Gebäude- oder Kraftfahrzeugfenster verwendet werden.
In letzter Zeit wurde eine Fensterscheibe, die mit einer leitenden dünnen Lage beschichtet, oder mit einem Film mit einer leitenden dünnen Lage überzogen wurde, in der Praxis zum Zweck der Abschirmung vor Sonnenstrahlung verwendet. Wenn solch eine Fensterscheibe in mehrgeschossigen Gebäuden verwendet wird, reflektiert die Fensterscheibe Funkwellen im TV-Frequenzbereich, erzeugt Geisterbilder auf dem TV-Bildschirm und verschlechtert den Empfang von Satellitenrundfunkwellen durch eine Zimmerantenne. Des Weiteren, wenn solch eine Fensterscheibe für Gebäude- und Kraftfahrzeugfenster verwendet wird, verschlechtert es die Funktion von Zellulartelefonen und die Verstärkung einer in der Fensterscheibe eingebetteten Antenne. Um diese Probleme zu lösen, wird einen Glasplatte, die mit einem Wärme reflektierenden Film beschichtet ist, verwendet, um einen Teil sichtbarer Strahlen zu übertragen und die Reflexion von Funkwellen zu verringern. Dieser Wärme reflektierende Film muss einen relativ hohen elektrischen Widerstand aufweisen und transparent sein.
Ferner offenbart das japanische Patent Nr. 2 620 456 ein Verfahren zur Vermeidung von Problemen mit Funkwellen, indem eine Länge eines leitenden Films parallel zu einer Feldrichtung von einfallenden Funkwellen in 1/20 der Wellenlänge der Funkwelle unterteilt wird. Das vorherige Verfahren der Verwendung des hoch transparenten Wärme reflektierenden Films kann jedoch in Bezug auf die Funktion, Wärmestrahlen abzuschirmen, unzureichend sein, obwohl eine Glasplatte, die durch das vorherige Verfahren gebildet wird, die Probleme mit Funkwellen verhindert, indem sie die Reflexion von Funkwellen verringert. Des Weiteren reflektiert eine mit dem letzteren in dem japanischen Patent Nr. 2 620 456 offenbarten Verfahren hergestellte Glasplatte sichtbare Strahlen und nahe Infrarotstrahlen, da die unterteilte Länge des Films größer als die Wellenlänge des sichtbaren Strahls und des nahen Infrarotstrahls ist. Daher kann diese Glasplatte, obwohl sie eine frequenzselektive Funktion mit einer Funkwellen-Transmissionsfunktion und eine Sonnenstrahlungs-Abschirmfunktion besitzt, die Transparenz von sichtbaren Strahlen nicht garantieren. Darüber hinaus ist im Fall eines großen Fensters, das eine große Glasplatte wie z. B. mit einer Größe von 2 m × 3 m verwendet, ein großer Zeitaufwand erforderlich, um einen dielektrischen Film in Segmente von 1/20 einer Satellitenrundfunkswellenlänge von etwa 25 mm mittels eines Yttrium-Aluminium-Garnet (JAG)-Lasers zu schneiden.
Die japanischen Patentveröffentlichungen JP-A-2000-281 388 und JP-A-2000-344 547 offenbaren jeweils eine frequenzselektive Platte mit einer funkwellentransparenten Eigenschaft. Diese Platte wird durch die Schritte des (a) Ausbildens einer kontinuierlichen Ag-Lage auf einer Glassubstratoberfläche; (b) Unterziehen des beschichteten Glassubstrats einer Wärmebehandlung, wodurch die kontinuierliche Ag-Lage in Ag-Partikel umgewandelt wird, hergestellt. Vor dem Schritt (a) wird optional eine AlN-Lage auf der Glassubstratoberfläche ausgebildet.
Das Journal of Applied Physics Vol. 84, Nr. 11, Seiten 6285-6290 (1998) offenbart einen AlN-Film mit verteilten Silberpartikeln, der durch Erhitzen eines Films, der drei Lagen von AlN, Ag und AlN umfasst, hergestellt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine verbesserte frequenzselektive Platte mit einer Funkwellentransparenz bereitzustellen.
Es ist ein spezielleres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine frequenzselektive Platte bereitzustellen, die einen Reflexionsgrad von Funkwellen bestimmter Frequenzbänder für TV-Übertragungen, Satellitenübertragungen und Zellulartelefone reduziert, während sie eine Abschirmung von Sonnenstrahlung und eine Transparenz für sichtbare Lichtstrahlen sicherstellt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine frequenzselektive Platte mit einer funkwellentransparenten Eigenschaft nach Anspruch 1 bereitgestellt. Diese frequenzselektive Platte kann in der Folge als die erste frequenzselektive Platte bezeichnet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein erstes Verfahren zur Erzeugung der frequenzselektiven Platte bereitgestellt. Das erste Verfahren umfasst die Schritte, dass:

(a) eine Vorläuferlage auf dem transparenten Substrat ausgebildet wird, wobei die Vorläuferlage eine Vorläufermischung des Metallnitrids und des Ag umfasst; und
(b) die Vorläuferlage in die Mischungslage erhitzt wird, so dass die Ag-Partikel, die von dem Ag der Vorläuferlage abstammen, an der Mischungslage geformt werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein zweites Verfahren zur Erzeugung einer frequenzselektiven Platte mit einer frequenzselektiven Eigenschaft bereitgestellt. Das zweite Verfahren umfasst die Schritte, dass:

(a) eine erste Vorläuferlage auf einem transparenten Substrat ausgebildet wird, wobei die erste Vorläuferlage eine Mischung aus einem Metallnitrid und Ag umfasst;
(b) eine zweite Vorläuferlage auf der ersten Vorläuferlage gebildet wird, wobei die zweite Vorläuferlage Ag umfasst; und
(c) die erste und zweite Vorläuferlage in eine Mischungslage erhitzt werden, die das Metallnitrid und das Ag enthält, so dass Ag-Partikel, die von dem Ag der ersten und/oder zweiten Vorläuferlage abstammen, an der Mischungslage geformt werden.

Die durch das zweite Verfahren hergestellte frequenzselektive Platte kann dieselbe wie die durch das erste Verfahren hergestellte sein. In diesem Fall kann die durch das zweite Verfahren hergestellte Mischungslage (die von der ersten und zweiten Vorläuferlage abstammt) dieselbe wie die durch das erste Verfahren hergestellte Mischungslage (die von der Vorläuferlage abstammt) sein. Alternativ kann die durch das zweite Verfahren hergestellte frequenzselektive Platte sich von der durch das erste Verfahren hergestellten unterscheiden. In diesem Fall kann die durch das zweite Verfahren hergestellte Mischungslage zwei Lagen, d. h. eine erste und zweite Mischungslage, die jeweils von der ersten und zweiten Vorläuferlage abstammen, besitzen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine von einem Rasterelektronenmikroskop (REM) von oben in einer Richtung entlang des Einfallslots der in Beispiel 6 erhaltenen frequenzselektiven Platte aufgenommene Fotografie; und
2 ist eine von einem REM in einer Richtung unter 85 Grad zum Einfallswinkel des Einfallslots der in Beispiel 6 erhaltenen frequenzselektiven Platte aufgenommene Fotografie.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unerwarteterweise haben die Erfinder festgestellt, dass das oben erwähnte erste Verfahren, das viel einfacher als jene der JP-A-2000-281 388 und JP-A-2000-344 547 ist, eine ausgezeichnete frequenzselektive Platte mit einer funkwellentransparenten Eigenschaft erzeugen kann, wie hierin nachfolgend erläutert.
Die Erfinder haben ferner unerwarteterweise festgestellt, dass das oben erwähnte zweite Verfahren eine ausgezeichnete frequenzselektive Platte herzustellen vermag, die im Hinblick auf Transparenz sichtbarer Lichtstrahlen und Wärmeisolierung überlegen ist, wie hierin nachfolgend erläutert.
Wie oben angemerkt besitzt eine frequenzselektive Platte gemäß der vorliegenden Erfindung zumindest (a) ein transparentes Substrat; (b) eine Mi schungslage (die eine Mischung aus einem Metallnitrid und Ag umfasst), die auf dem transparenten Substrat ausgebildet ist; und (c) Ag-Partikel, die auf der Mischungslage ausgebildet sind. Die Ag-Partikel sind zweidimensional auf der Mischungslage verteilt und voneinander getrennt. Die Mischungslage kann zwei Lagen, d. h. eine erste und eine zweite Mischungslage besitzen, die jeweils eine Mischung aus einem Metallnitrid und Ag umfassen. In diesem Fall sind die Ag-Partikel auf der zweiten Mischungslage ausgebildet.
Die frequenzselektive Platte kann durch das erste Verfahren hergestellt werden, das die Schritte umfasst, dass:

Das Metallnitrid der Mischungslage kann zumindest ein Nitrid von zumindest einem Metall sein, das aus Al, Si, Ti, Ta, Ge, In, W, V, Mn, Cr, Ni und Edelstahl gewählt ist. Von diesen kann es aus Al, Si, Ti und Ta gewählt sein.
Die Mischungslage besitzt eine Struktur eines dreidimensionalen Gerüsts des Metallnitrids und des Ag in Form von Clustern. Die Ag-Cluster sind getrennt und dreidimensional in dem dreidimensionalen Gerüst des Metallnitrids verteilt. Jedes Ag-Cluster ist ein Aggregat von Ag-Atomen und besitzt eine Größe, die viel kleiner als die jedes Ag-Partikels an der Mi schungslage ist. Man nimmt an, dass ein Ag-Cluster ein Aggregat mit einer Anzahl von 5–25 Ag-Atomen ist und eine Partikelgröße von etwa 1 nm besitzt. Es ist möglich, durch Sputtern Metallatome durch Argonionen in Form solcher Cluster aus dem Metalltarget heraus zu schleudern, und das Sputtern kann das dreidimensionale Gerüst des Metallnitrids bereitstellen.
Der Mechanismus der Ausbildung von Ag-Partikeln an der Mischungslage kann wie folgt erklärt werden. In dem Schritt (b) diffundieren die Ag-Cluster, die in dem freidimensionalen Gerüst des Metallnitrids in der Vorläuferlage dreidimensional verteilt sind, durch Aufnahme von Wärmeenergie zu der exponierten Oberfläche der Vorläuferlage. Diese Diffusion kann winzige Leerräume in der Mischungslage bilden, so dass sie eine poröse Struktur besitzt. Durch das Erhitzen für eine längere Zeitspanne wird der Ag-Gehalt der Mischungslage geringer. Während die Diffusion voranschreitet, kristallisieren die Ag-Cluster an der Vorläuferlage, um Ag-Kristallkeime zu bilden. Die Ag-Keime wachsen während des Erhitzens weiter in die Ag-Partikel hinein. In anderen Worten, die Ag-Partikel werden ausgebildet und gleichzeitig wird die Vorläuferlage schrittweise in die Mischungslage umgewandelt. Die Ag-Partikel können eine minimale Partikelgröße von 100 nm bis 500 nm und eine durchschnittliche Partikelgröße von 100 nm bis 0,5 mm besitzen. Durch Ausführen des Schritts (b) für eine sehr lange Zeitspanne ist es möglich, alle oder die meisten Ag-Cluster dazu zu bringen, zu der Oberfläche der Vorläuferlage zu diffundieren. Dies ermöglicht es, die Anzahl der Ag-Partikel an der Mischungslage zu erhöhen und die in der Mischungslage verbleibenden Ag-Cluster zu verringern.
Die frequenzselektive Platte kann eine dielektrische Lage aufweisen, die zwischen dem transparenten Substrat und der Mischungslage angeordnet ist. Alternativ kann diese dielektrische Lage an der Mischungslage ausge bildet sein, so dass die Ag-Partikel in der dielektrischen Lage eingebettet sind. In diesem Fall grenzen die unteren Flächen der Ag-Partikel an die Begrenzung zwischen der Mischungslage und der dielektrischen Lage. Die resultierende dielektrische Lage kann als Schutzfilm der frequenzselektiven Platte dienen.
Die dielektrische Lage kann aus einem Material hergestellt sein, welches ein Nitrid ist, das aus Al, Si, Ti, Ta, Ge, In, W, V, Mn, Cr, Ni und rostfreiem Stahl gewählt ist, oder ein Oxid ist, das aus Al, Si, Zn, Sn, Ti, Ta, Ge, In, W, V, Mn, Cr, Ni und rostfreiem Stahl gewählt ist. Des Weiteren kann die dielektrische Lage einen mehrlagigen Aufbau besitzen, der aus zumindest zwei dieser Materialien besteht. Im Speziellen ist es für Gebäude- und Kraftfahrzeugfensterscheiben, die einen hohen Transmissionsgrad für sichtbares Licht erfordern, vorzuziehen, ein Nitrid aus Al oder Si oder ein Oxid zu verwenden, das aus Al, Si, Zn, Sn, Ti, Ta und In gewählt ist, da diese Nitride und Oxide farblos und transparent sind. Diese Nitride und Oxide werden vorzugsweise auch in einem Fall verwendet, in dem die erste und zweite dielektrische Lage jeweils an dem transparenten Substrat und an der Mischungslage ausgebildet werden, um den Transmissionsgrad für sichtbares Licht zu erhöhen. Diese dielektrischen Lagen können ebenfalls einen mehrlagigen Aufbau besitzen.
Wenn die Partikelgröße größer oder gleich 1/20 der kürzesten Wellenlänge herkömmlich verwendeter Satellitenrundfunkwellen ist, kann ein Funkwelleninterferenzrauschen ein Problem werden. Es ist daher vorzuziehen, dass die Partikelgröße der Ag-Partikel 0,5 mm oder weniger beträgt.
Bei der Herstellung der frequenzselektiven Platte kann ein Volumenverhältnis (VAg) des Ag der Vorläuferlage zu dem Gesamt-Ag der Vorläuferla ge und dem Metallnitrid der Vorläuferlage weniger als 0,5 betragen. Dieses Volumenverhältnis (Vag) ist definiert durch den folgenden Ausdruck (2):
Wobei Wag ein Gewicht des Ag der Vorläuferlage ist, die pro 1 m² des transparenten Substrats ausgebildet wird; Wn ein Gewicht des Metallnitrids der Vorläuferlage ist, die pro 1 m² des transparenten Substrats ausgebildet wird; ρ ag eine Rohdichte des Ag der Vorläuferlage ist, wobei die Einheit der Rohdichte kg/m³ ist; und ρ n eine Rohdichte des Metallnitrids ist, wobei die Einheit der Rohdichte kg/m³ ist. Wenn das Volumenverhältnis (Vag) größer wird, wird die durchschnittliche Partikelgrößer der Ag-Partikel größer. Wenn es 0,5 überschreitet, kann die Ausbildung der Ag-Partikel schwierig werden, da ein Teil des Ag kontinuierlich in der Mischungslage verteilt werden kann.
Eine frequenzselektive Platte gemäß der vorliegenden Erfindung verringert einen Reflexionsgrad von Funkwellen bestimmter Frequenzbänder für TV-Rundfunk, Satellitenrundfunk und Zellulartelefone, während sie eine Sonnenstrahlungs-Abschirmfunktion und eine Transparenz für sichtbare Lichtstrahlen sicherstellt. Im Speziellen ist es durch die frequenzselektive Platte möglich, eine Resonanzwellenlänge zu einem Bereich von 800–1500 nm zu verschieben, in dem der Grad des Abschirmeffekts (Es) groß ist, ohne einen Reflexionsgrad zu verringern. Daher ist die resultierende frequenzselektive Platte in Bezug auf Transparenz für sichtbares Licht und Wärmeisolierung überlegen. Somit kann sie auf Gebäude- und Kraftfahrzeugfensterscheiben und dergleichen angewendet werden. In der Tat kann die frequenzselektive Platte eine Transparenz für sichtbares Licht von 15% oder mehr aufweisen.
Es ist möglich, eine frequenzselektive Platte zu erhalten, die in der Lage ist, nahe Infrarotstrahlen zu reflektieren, indem die Ag-Partikel derart hergestellt werden, dass sie eine durchschnittliche Partikelgröße von 0,5 oder weniger aufweisen und die Aufheizbedingungen und dergleichen entsprechend eingestellt werden.
Wie oben erklärt, wird ein zweites Verfahren zum Herstellen einer frequenzselektiven Platte mit einer funkwellentransparenten Eigenschaft bereitgestellt. Das zweite Verfahren umfasst die Schritte, dass:

(a) eine erste Vorläuferlage auf einem transparenten Substrat ausgebildet wird, wobei die erste Vorläuferlage eine Mischung aus einem Metallnitrid und Ag umfasst;
(b) eine zweite Vorläuferlage auf der ersten Vorläuferlage ausgebildet wird, wobei die zweite Vorläuferlage Ag umfasst; und
(c) die erste und zweite Vorläuferlage in eine Mischungslage mit dem Metallnitrid und dem Ag erhitzt werden, so dass Ag-Partikel, die von dem Ag der ersten und/oder zweiten Vorläuferlage abstammen, an der Mischungslage geformt werden.

Das zweite Verfahren wird nachfolgend im Detail beschrieben. Da das zweite Verfahren dem ersten Verfahren ähnlich ist, werden dieselben Beschreibungen wie jene des ersten Verfahrens der Einfachheit halber weggelassen. Durch das zweite Verfahren ist es möglich, eine erste frequenzselektive Platte herzustellen, die die gleiche wie die durch das erste Verfahren hergestellte oder eine zweite frequenzselektive Platte ist.
Die zweite frequenzselektive Platte umfasst:
ein transparentes Substrat;
eine erste Mischungslage, die auf dem transparenten Substrat ausgebildet ist, wobei die erste Mischungslage eine Mischung aus einem Metallnitrid und Ag umfasst;
eine zweite Mischungslage, die auf der ersten Mischungslage ausgebildet ist, wobei die zweite Mischungslage eine Mischung aus einem Metallnitrid und Ag umfasst; und
Ag-Partikel, die auf der zweiten Mischungslage ausgebildet sind, wobei die Ag-Partikel zweidimensional auf der zweiten Mischungslage verteilt und voneinander getrennt sind. Die zweite frequenzselektive Platte kann identisch mit der ersten frequenzselektiven Platte sein, abgesehen davon, dass die letztere Platte die zweite Mischungslage besitzt. Daher werden hierin in der Folge die gleichen Beschreibungen wie jene der oben erwähnten frequenzselektiven Platte nicht wiederholt.
Die zweite Vorläuferlage kann eine kontinuierliche Ag-Lage mit einer Dicke von 5 nm bis 1 μm sein. Die kontinuierliche Ag-Lage kann zu dem Zweck vorgesehen sein, den Partikeldurchmesser der durch das Erhitzen gebildeten Ag-Partikel zu erhöhen. Tatsächlich kann die kontinuierliche Ag-Lage so definiert werden, dass sie Ag zumindest teilweise kontinuierlich in der kontinuierlichen Ag-Lage verteilt enthält. Andererseits kann die kontinuierliche Ag-Lage so definiert werden, dass die kontinuierliche Ag-Lage eine Ag-Konzentration besitzt, die höher als die der ersten Vorläuferlage ist. Wenn die kontinuierliche Ag-Lage an der ersten Vorläuferlage gebildet wird, ist es möglich die Ag-Partikel an der Mischungslage, die von der ersten Vorläuferlage abstammt, zu formen. In anderen Worten, die kontinuierliche Ag-Lage kann sich in die Ag-Partikel umwandeln. In diesem Fall kann die resultierende frequenzselektive Platte identisch mit der durch das erste Verfahren hergestellten sein. Eine Lage der Ag-Partikel kann eine Dicke von 10–500 nm aufweisen.
In einem alternativen Fall (d. h. einer Alternative zu dem Fall des Ausbildens der kontinuierlichen Ag-Lage) kann die zweite Vorläuferlage eine Mischung aus Ag und einem Metallnitrid umfassen. In diesem Fall kann die zweite Vorläuferlage identisch mit der ersten Vorläuferlage sein, mit einer Ausnahme, dass der Ag-Gehalt der zweiten Vorläuferlage geringer als der Ag-Gehalt der ersten Vorläuferlage ist. Mit dieser Ausnahme wird es einfach, die Partikelgröße der Ag-Partikel zu steuern. Im alternativen Fall ist es möglich, die oben erwähnte zweite frequenzselektive Platte zu erhalten.
Die oben erwähnte kontinuierliche Ag-Lage kann eine Dicke von 5 nm bis 1 μm aufweisen. Wenn sie weniger als 5 nm beträgt, kann es schwierig werden, eine kontinuierliche Lage zu bilden, um die komplette Oberfläche der ersten Vorläuferlage zu überziehen. Wenn sie mehr als 1 μm beträgt, kann es schwierig werden, die Ag-Partikel durch Durchführen des Erhitzens bei einer Temperatur unterhalb des Erweichungspunkts des transparenten Substrats (Glassubstrat) zu bilden. Optional kann ein Additiv (z. B. Pt, Pd und Al) in einer Menge von weniger als 10% in die kontinuierliche Ag-Lage eingebracht werden. Damit wird es möglich, die Partikelgröße und die Anzahl der später erwähnten Vorläufer-Ag-Partikel, die durch Erhitzen der kontinuierlichen Ag-Lage erhaltene Vorläuferprodukte sind, zu steuern. Des Weiteren wird es möglich, eine Schädigung der kontinuierlichen Ag-Lage bis zum Beginnen des Erhitzens zu verhindern. Wie hierin nachfolgend im Detail beschrieben wachsen die Vorläufer-Ag-Partikel durch Durchführen des Erhitzens in die Ag-Partikel hinein. Die Metallnitride, die in der ersten und zweiten Vorläuferlage enthalten sind, können ein Nitrid aus einem Metall sein, das aus Al, Si, Ti, Ta, Ge, In, W, V, Mn, Cr, Ni und rostfreiem Stahl gewählt ist.
Ähnlich der ersten frequenzselektiven Platte kann auch die zweite zumindest eine dielektrische Lage besitzen, die zwischen dem transparenten Substrat und der ersten Mischungslage angeordnet und/oder an der zweiten Mischungslage ausgebildet ist, so dass die Ag-Partikel in der dielektrischen Lage eingebettet sind. Die dielektrische Lage der zweiten frequenzselektiven Platte kann identisch mit der oben erwähnten dielektrischen Lage sein. Daher können alle oben erwähnten Beschreibungen betreffend die dielektrische Lage auf die dielektrische Lage der zweiten frequenzselektiven Platte angewendet werden.
Das Verfahren zum Ausbilden der Vorläuferlage (der ersten oder zweiten Vorläuferlage) oder der dielektrischen Lage ist nicht besonders eingeschränkt. Beispiele hierfür umfassen Sputtern, Aufdampfen, chemisches Aufdampfen (CVD) und Ionenplattieren. Beispielsweise kann Ag als ein Targetmaterial verwendet werden, um die Vorläuferlage oder die erste oder zweite Vorläuferlage zu bilden. Im Speziellen kann ein DC-Magnetron-Sputtern im Hinblick auf eine Gleichförmigkeit und Produktivität der Targetlage gewählt werden.
Das Erhitzen der Vorläuferlage (der ersten oder zweiten Vorläuferlage) kann durch Induktionsheizung, Gasverbrennungsheizung, Laserstrahlbestrahlung, Elektronenstrahlbestrahlung oder Induktionsheizung durchgeführt werden. Es ist z. B. möglich, das Erhitzen durch Bestrahlen der Vorläuferlage für eine kurze Zeitspanne mit einem Laserstrahl, der nicht von dem transparenten Substrat sondern von der Vorläuferlage absorbiert wird, durchzuführen. Dies kann verhindern, dass das transparente Substrat erhitzt wird.
Daher wird solch eine Bestrahlung vorzugsweise dann durchgeführt, wenn als transparentes Substrat eine wärmebeständige, transparente Kunststoffplatte verwendet wird. Es wird auch bevorzugt, eine Induktionsheizung zu verwenden, die in der Lage ist, selektiv leitfähige Materialien zu erhitzen.
Das Erhitzen der Vorläuferlage (der ersten oder zweiten Vorläuferlage) kann bei 150°C oder mehr durchgeführt werden. In einem Fall einer Induktionsheizung oder einer Gasverbrennungsheizung wird das Erhitzen vorzugsweise für eine Zeitspanne von mehreren Sekunden bis zu mehreren Stunden bei einer Temperatur, bei der das transparente Substrat keinen Schaden erleidet, durchgeführt. In einem Fall einer Laser- oder Elektronenstrahlbestrahlung oder einer Induktionsheizung ist die maximale Heiztemperatur der Siedepunkt von Ag 2212°C. In diesem Fall kann das Erhitzen für eine Zeitspanne von einer Mikrosekunde bis zu mehreren Sekunden durchgeführt werden. Nach dem Erhitzen kann das beschichtete Substrat entweder natürlich oder unter Zwang schnell abgekühlt werden, um den Gradienten der Ag-Konzentration oder die Heterogenität in der Mischungslage in einer Richtung entlang der Dicke der Mischungslage zu fixieren.
Die Plasmafrequenz von Ag befindet sich im Ultraviolettstrahlenbereich und ein Bereich, der als „Silberfenster" bezeichnet wird und in dem der Extinktionskoeffizient von Ag unendlich wird, befindet sich auf einer Seite der Plasmafrequenz mit niedriger Frequenz. Daher ist die Transparenz von sichtbaren Lichtstrahlen sichergestellt, indem die Dicke der Ag-Partikel und die Dicke der dielektrischen Lage gesteuert werden.
Die Form der Ag-Partikel ist nicht besonders eingeschränkt. Ihre Form kann z. B. halbkugelförmig, kuppelförmig, wie ein Strang von Kuppeln, flach, flockenartig oder nadelförmig sein. In Hinblick auf die optische Funktion ist die Form vorzugsweise halbkugelförmig, kuppelförmig, flach oder flockenartig. Es ist möglich, die Partikelgröße, die Anzahl und die Verteilung der Ag-Partikel zu steuern, indem die Dicke der kontinuierlichen Ag-Lage, die Dicke der Mischungslage und/oder die Erhitzungsbedingungen angepasst werden. Damit ist es möglich, einen Film zu erhalten, der nahe Infrarotstrahlen selektiv reflektiert.
Es ist zu bevorzugen, dass ein Abschirmeffekt (E_s) der frequenzselektiven Platte in einem nahen Infrarotgebiet 0,3 oder mehr beträgt. Dieser Abschirmeffekt ist durch die folgende Gleichung (1) definiert.
wobei λ eine Wellenlänge einer elektromagnetischen Welle ist, die auf eine beschichtete Seite der frequenzselektiven Platte einfällt, R_dp(λ) ein Reflexionsgrad der beschichteten Seite der frequenzselektiven Platte bei der λ ist und I_sr(λ) eine Intensität von Sonnenstrahlung bei der λ ist, wenn eine Luftmasse 1 ist.
Um einen Abschirmeffekt (Es) von 0,3 oder größer zu erhalten, ist es notwendig, die Partikelgröße der auf der Mischungslage ausgebildeten Ag-Partikel (im ersten Verfahren) oder auf der zweiten Mischungslage (im zweiten Verfahren) derart anzupassen, dass die frequenzselektive Platte einen maximalen Lichtstrahlenreflexionsgrad in einem Wellenlängenbe reich von 600 nm bis 1500 nm besitzt. Zu diesem Zweck ist zu bevorzugen, dass die Ag-Partikel eine durchschnittliche Partikelgröße von 100 nm oder größer besitzen und dass ein Verhältnis (ein Flächenverhältnis) der Gesamtfläche, die durch die Ag-Partikel besetzt ist, zu der Gesamtfläche der Mischungslage (der zweiten Mischungslage) in einer Draufsicht (siehe 1) der frequenzselektiven Platte 0,2 oder größer ist. Dieses Verhältnis ist vorzugsweise 0,8 oder kleiner. Dieses Verhältnis kann wie folgt bestimmt werden. Zuerst wird eine Draufsicht der frequenzselektiven Platte durch ein Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop (FE-SEM) in einer Richtung entlang des Einfallslots der frequenzselektiven Platte betrachtet. Danach wird eine Bildverarbeitung der Draufsicht durchgeführt, indem eine weiße Farbe auf die Ag-Partikel und eine schwarze Farbe auf die Matrix (d. h. die Mischungslagenoberfläche ohne Ag-Partikel darauf) gegeben wird. Danach wird das oben stehende Verhältnis bestimmt, indem die Fläche der weißen Farbe durch die Gesamtfläche der Draufsicht dividiert wird.
Wenn das oben stehende Flächenverhältnis kleiner als 0,2 ist, kann der durchschnittliche Abstand zwischen benachbarten Ag-Partikeln mehr als das Doppelte der Partikelgröße der Ag-Partikel werden. Damit kann eine gegenseitige Wechselwirkung zwischen den Ag-Partikeln unzureichend sein. In anderen Worten, es ist wahrscheinlich, dass die Ag-Partikel einzeln und unabhängig vorhanden sind. Daher neigt der Lichtstrahlenreflexionsgrad dazu, einen Wert ähnlich dem oben stehenden Flächenverhältnis zu besitzen. Somit kann es, obwohl der Reflexionsgrad den maximale Wert in einem Wellenlängenbereich von 600–1500 nm besitzt, schwierig sein, den Zielabschirmeffekt (Es) in einem nahen Infrarotgebiet zu erhalten, wenn das oben stehende Flächenverhältnis kleiner als 0,2 ist. Wenn die Ag-Partikel eine durchschnittliche Partikelgröße von weniger als 100 nm besitzen, liegt der maximale Wert des Reflexionsgrads in einem Wel lenlängenbereich von 600 nm oder darunter, unabhängig von dem Wert des Flächenverhältnisses.
Die Anzahl und die Partikelgröße der Ag-Partikel pro 10 μm² kann bestimmt werden, indem eine Draufsicht der frequenzselektiven Platte mittels FE-SEM, z. B. einem S-4500 (Handelsname) von Hitachi Ltd., Tokio, Japan, in einer Richtung entlang des Einfallslots der frequenzselektiven Platte betrachtet wird, und dann eine Bildverarbeitung der Draufsicht durchgeführt wird. Es ist möglich, die Bildverarbeitung der Draufsicht durchzuführen, indem eine weiße Farbe auf die Ag-Partikel und eine schwarze Farbe auf die Matrix (d. h. die Oberfläche der Mischungslage oder der zweiten Mischungslage ohne Ag-Partikel darauf) gegeben wird, dann die Fläche eines jeden Ag-Partikels (jede weiß gefärbte Markierung) von einem Computer gemessen wird, dann ein Durchmesser eines jeden Kreises ermittelt wird, der identisch mit der Fläche eines jeden Ag-Partikels ist, und dann der Durchschnitt der Durchmesser als die durchschnittliche Partikelgröße (Durchmesser) der Ag-Partikel bestimmt wird. Daher ist in dem Fall, dass die Ag-Partikel eine kuppelförmige Form haben, die Partikelgröße gleich groß wie der Grunddurchmesser.
Beispiele des transparenten Substrats sind Glassubstrate, transparente Keramiksubstrate und wärmebeständige, transparente Kunststoffsubstrate.
Zur Überprüfung des Verfahrens der Ausbildung der Ag-Partikel wurde ein Prüfmuster mit einem Volumenverhältnis (Vag) von 0,25 mit einem JAMP-30 Auger Elektronenspektrometer von Nihon Denshi Co., Tokio, Japan analysiert, um die Ag-Verteilung von der Oberfläche der Vorläufer- oder Mischungslage in Richtung des transparenten Substrats zu bestimmen. Als Ergebnis wurde festgestellt, dass die Ag-Verteilung (Konzentrati on) vor dem Erhitzen beinahe gleichmäßig in der Vorläuferlage war und nach dem Erhitzen am größten an der Oberfläche der Mischungslage war. Tatsächlich nahm die Ag-Konzentration in der Mischungslage in der Richtung entlang ihrer Tiefe in Richtung des transparenten Substrats ab. Das Prüfmuster vor dem Erhitzen wies einen spezifischen Widerstand auf, der das Hundertfache oder mehr als jener von Ag betrug. Somit wird, wie oben stehend erwähnt, angenommen, dass das Ag in der Mischungslage auf Grund eines Hindernisses der dreidimensionalen Struktur des Metallnitrids nicht kontinuierlich verteilt ist, sondern in der Form von Clustern vorliegt. Des Weiteren nimmt man an, dass das Ag in der Form von Clustern nach oben durch Leerräume der dreidimensionalen Struktur des Metallnitrids diffundiert und dadurch die Ag-Partikel auf der Mischungslage ausbildet. Durch diese Diffusion werden die von den Ag-Clustern besetzten Räume zu Leerräumen in der Mischungslage. Damit besitzt die Mischungslage eine poröse Struktur. Das Verhältnis des Gesamtvolumens solcher Leerräume der Mischungslage zu dem Gesamtvolumen der Mischungslage kann von 0,01 bis 0,5 betragen.
Der nachfolgende Test wurde zur Überprüfung der Bildung der Vorläufer-Ag-Partikel, die von der kontinuierlichen Ag-Lage stammen, durchgeführt. In diesem Test studierten die Erfinder die Beziehung zwischen der Energie, die der kontinuierlichen Ag-Lage zugeführt wurde, und der topografischen Veränderung der kontinuierlichen Ag-Lage. Zuerst wurden kontinuierliche Ag-Lagen (Dicke: 17 nm) auf Floatglasoberflächen ausgebildet. Dann wurden die beschichteten Gläser jeweils für zwei Minuten bei 200 °C, 250 °C, 300 °C, 350 °C und 400 °C erhitzt. Danach wurde die beschichtete Filmoberfläche mit einem S-4500 FE-SEM (Handelsname) von Hitachi Ltd., Tokio, Japan, betrachtet. Als Ergebnis wurde festgestellt, dass sich die kontinuierliche Ag-Lage durch Erhitzen bei 200 °C in eine Netzstruktur von Ag umgewandelt hat, dass sie sich durch Erhitzen bei 250 °C in Ag-Stränge, jeweils mit einer Anzahl von Ag-Partikeln von 7–10 umgewandelt hat, dass sie sich durch Erhitzen bei 300 °C in Ag-Stränge, jeweils mit einer Anzahl von Ag-Partikeln von 3–5 umgewandelt hat, dass sie sich durch Erhitzen bei 350 °C in Ag-Stränge, jeweils mit einer Anzahl von Ag-Partikeln von 2–3 umgewandelt hat und dass sie sich durch Erhitzen bei 400 °C hauptsächlich in getrennt verteilte Ag-Partikel umgewandelt hat. Dieses Ergebnis zeigt, dass sich die kontinuierliche Ag-Lage durch Erhöhen der Energie, die der kontinuierlichen Ag-Lage zugeführt wird, in eine Netzstruktur, dann in einen Strang von Ag-Partikeln und dann in getrennt verteilte Ag-Partikel umwandelt. Es wurde festgestellt, dass ein frequenzselektiver Film mit einem Resonanzwellenbereich von 600–1500 nm (insbesondere 800–1500 nm) erhalten werden konnte, indem Ag-Partikel durch Erhitzen der kontinuierlichen Ag-Lage mit einer niedrigeren Energie im Vergleich mit dem Fall, in dem Ag-Partikel durch Erhitzen der Vorläuferlage, die eine Mischung aus einem Metallnitrid und Ag umfasst, erhalten werden konnte.
Die Erfinder haben die Steuerung der durchschnittlichen Partikelgröße der Ag-Partikel wie folgt studiert. Ein erster Test wurde durchgeführt, indem eine Vorläuferlage (umfassend ein Metallnitrid und Ag) auf einer Floatglasplatte ausgebildet wurde, danach eine AlN-Lage (Dicke: 10 nm) auf der Vorläuferlage ausgebildet wurde und danach die beschichtete Glasplatte erhitzt wurde. Dieses Erhitzen bildete jedoch keine Ag-Partikel auf der AlN-Lage aus. Getrennt davon wurde ein zweiter Test in der selben Art wie der erste Test durchgeführt, mit der Ausnahme, dass vor dem Erhitzen eine kleine Menge von Ag der AlN-Lage zugesetzt wurde. Damit wurde festgestellt, dass nach dem Erhitzen eine sehr kleine Anzahl von Ag-Partikeln mit einer großen Partikelgröße auf der AlN-Lage ausgebildet wurde. Auf Grund der Ergebnisse des zweiten Tests nimmt man an, dass die Anzahl der Wege, durch die Ag durch das Erhitzen diffundiert, kleiner wird, wenn eine Vorläuferlage mit einer kleineren Menge von Ag hergestellt wird, dass die Anzahl der resultierenden Vorläufer-Ag-Partikel ebenfalls kleiner wird und dass die Partikelgröße der resultierenden Ag-Partikel größer wird. Es kann daher möglich sein, die Partikelgröße der Ag-Partikel zu steuern, indem die Menge von Ag, die zur Herstellung der Vorläuferlage verwendet wird, angepasst wird. Man nimmt ferner an, dass sich die kontinuierliche Ag-Lage im Anfangsstadium des Erhitzens in viele Vorläufer-Ag-Partikel (Partikelgröße 50–200 nm) umwandelt und dass die Vorläufer-Ag-Partikel in die Ag-Partikel wachsen, während sie sich mit den Ag-Clustern vereinigen (Aggregate von Ag-Atomen), die während des nachfolgenden Erhitzens aus der Vorläuferlage diffundiert sind.
Die nachfolgenden, nicht einschränkenden Beispiele sind illustrativ für die vorliegende Erfindung.
Beispiel 1
Eine frequenzselektive Platte mit einer funkwellentransparenten Eigenschaft gemäß der vorliegenden Erfindung wurde durch die folgenden Verfahren hergestellt.
Eine saubere Floatglasplatte (Dicke 3 mm) wurde in eine DC-Magnetron-Sputtering-Vorrichtung gelegt und deren Kammer wurde auf ein Vakuum von 2 × 10^–4 Pa bis 4 × 10^–4 Pa evakuiert. Beim Sputtern wurde der Abstand des Targetsubstrats bei 90 mm gehalten.
Vier Ag-Plättchen (jedes in rechteckiger Quaderform mit Abmessungen von 10 mm × 10 mm × 1 mm) wurden gleich beabstandet in einem Erosionsbereich eines Targets aus reinem Aluminium (Durchmesser: 152 mm; Dicke: 5 mm) angeordnet. Ein reaktives Sputtern wurde durchgeführt, in dem ein Gleichstrom von 200 W an das Al-Target angelegt wurde, um eine Entladung zu bewirken. Damit wurde eine Vorläuferlage (Dicke: 200 nm) einer Mischung aus AlN und Ag auf der Glasplatte ausgebildet. Eine Rechteck-Impulswelle mit einer Frequenz von 10 kHz wurde der Kathode zugeführt, um eine unregelmäßige Entladung zu verhindern. Während des Sputterns wurde das Durchflussverhältnis N₂/Ar auf 20/7 eingestellt, und der Druck dieses Mischgases wurde bei einem Pa geregelt.
Die resultierende beschichtete Glasplatte wurde für 5 Minuten in einem Muffelofen mit einer Atmosphärentemperatur von 500 °C erhitzt, wodurch die zielfrequenzselektive Platte mit einer Mischungslage aus AlN und Ag und auf der Mischungslage ausgebildeten Ag-Partikeln erzeugt wurde.
Der Reflexionsgrad der erhaltenen frequenzselektiven Platte wurde in einem Wellenlängenbereich von 300–2500 nm unter Verwendung eines U-4000 automatischen Spektralfotometers von Hitachi Ltd., Tokio, Japan, gemessen. Damit lag der Reflexionsgrad bei dem Maximum bei 900 nm. Der Abschirmeffekt (Es) in dem nahen Infrarotgebiet wurde durch Einsetzen der gemessenen Werte in den Ausdruck (1) bestimmt. Das Resultat lautete 0,57. Das bedeutet, dass das Produkt hoch frequenzselektiv war.
Die Oberflächenmorphologie der Ag-Partikel der erhaltenen frequenzselektiven Platte wurde mit einem FE-SEM (S-4500 (Handelsname) von Hitachi Ltd.) in einer Richtung entlang des Einfallslots der frequenzselektiven Platte betrachtet. Eine Bildverarbeitung wurde auf eine Weise wie oben stehend erklärt durchgeführt. Die Resultate lauteten 0,51 bzw. 243 nm in dem Ag-Flächenverhältnis und der durchschnittlichen Partikelgröße der Ag-Partikel. Dieses Ag-Flächenverhältnis ist ein Verhältnis der Gesamtfläche, die von den Ag-Partikeln besetzt wird, zu der Gesamtfläche der Mischungslage in einer Draufsicht der frequenzselektiven Platte. Der Ag- und Al-Gehalt der Vorläuferlage wurde vor dem Erhitzen jeweils durch ein Atomabsorptionsverfahren bestimmt. Die gemessenen Werte wurden in den Ausdruck (2) eingesetzt und das erhaltene Volumenverhältnis (Vag) betrug 0,35.
Beispiel 2
Das Beispiel 1 wurde wiederholt, mit dem Unterschied, dass jedes der vier Silberplättchen in rechteckiger Quaderform mit den Abmessungen von 8,7 mm × 8,7 mm × 1 mm vorlag und damit eine frequenzselektive Platte erhalten wurde.
Die Ergebnisse der Bewertungstests der frequenzselektiven Platte lauteten wie folgt: Der Reflexionsgrad lag bei dem Maximum bei 690 nm. Der Abschirmeffekt (Es) in dem nahen Infrarotgebiet betrug 0,40. Das Ag-Flächenverhältnis lautete 0,51 und die durchschnittliche Partikelgröße der Ag-Partikel betrug 206 nm. Das Volumenverhältnis (Vag) betrug 0,25.
Beispiel 3
Eine Vorläuferlage einer Mischung aus AlN und Ag wurde auf einer Glasplatte auf dieselbe Weise ausgebildet wie die des Beispiels 1. Die resultierende Vorläuferlage wurde mit einem YAG-Laser bestrahlt, um darauf eine Wärmebehandlung durchzuführen, wodurch eine frequenzselektive Platte mit Ag-Partikeln erhalten wurde, die beim Betrachten in einer Richtung entlang des Einfallslosts der frequenzselektiven Platte eine im Wesentlichen gleichmäßige Partikelgröße und eine im Wesentlichen vollständig runde Form besitzen.
Die Bewertungstests der frequenzselektiven Platte wurden auf dieselbe Art wie jene des Beispiels 1 durchgeführt und die Resultate lauten wie folgt: Der Reflexionsgrad lag beim Maximum bei 730 nm. Der Abschirmeffekt (Es) im nahen Infrarotgebiet betrug 0,51. Das Ag-Flächenverhältnis lautete 0,52 und die durchschnittliche Partikelgröße der Ag-Partikel betrug 274 nm.
Tatsächlich wurde die YAG-Laserbestrahlung durch die folgenden Verfahren durchgeführt. Zuerst wurde die beschichtete Glasplatte (mit der auf der Glasplatte ausgebildeten Vorläuferlage) auf einen Koordinaten-Tisch gelegt. Der Koordinaten-Tisch wurde derart eingestellt, dass er sich während der Laserbestrahlung entlang seiner X-Achse bei einer Geschwindigkeit von 200 mm/s mit einer Teilung von 10 mm entlang seiner Y-Achse hin- und herbewegte. Die Laserbestrahlung wurde in einer Art durchgeführt, dass ein von einem YAg-Laser (LAY-616C (Handelsname) von Toshiba, Tokio, Japan) oszillierter Laserstrahl (Wellenlänge: 1,06 μm) mit einem optischen System unter Verwendung eines Kollimators auf eine Breite von etwa 10 mm ausgedehnt wurde, und dass die beschichtete Glasplatte mit solch einem Laserstrahl in einer Richtung entlang des Einfallslots der beschichteten Glasplatte bestrahlt wurde.
Vergleichsbeispiel 1
Das Beispiel 1 wurde geringfügig modifiziert, indem die Anzahl der Ag-Plättchen in dem Erosionsbereich des Al-Targets geändert wurde, wodurch auf der Glasplatte eine Vorläuferlage mit einem Volumenverhältnis (Vag) von 0,6 ausgebildet wurde. Die resultierende beschichtete Glasplatte wurde in einem Muffelofen erhitzt. Der Abschirmeffekt (Es) des resultierenden erhitzten Produkts wurde mit 0,03 festgestellt. Man nimmt an, dass ein derart hohes Volumenverhältnis (0,6) ein Versagen bei der Ausbildung der dreidimensionalen Matrix von AlN während der Wärmebehandlung verursachte und dass dieses Versagen die Ag-Diffusion während der Wärmebehandlung und der nachfolgenden Ausbildung der Ag-Partikel störte.
Beispiel 4
Eine (erste) Vorläuferlage (Dicke: 100 nm) einer Mischung aus AlN und Ag wurde auf einer Glasplatte auf dieselbe Weise ausgebildet wie jene von Beispiel 1.
Danach wurde eine zweite Vorläuferlage (d. h. eine kontinuierliche Ag-Lage mit einer Dicke von 8 nm) auf der ersten Vorläuferlage ausgebildet, indem ein Gleichstrom von 30 W an das Target aus reinem Ag (Durchmesser 152 mm; Dicke: 5 mm) angelegt wurde, um eine Entladung zu bewirken. Während des Sputterns wurde nur ein Na-Gasstrom zugelassen und dessen Druck wurde bei 1 Pa geregelt.
Die resultierende beschichtete Glasplatte wurde für fünf Minuten in einem Thermoofen mit einer Atmosphärentemperatur von 500 °C erhitzt. Danach wurde die beschichtete Glasplatte aus dem Ofen genommen und zum Abkühlen stehen gelassen, wodurch die zielfrequenzselektive Platte mit einer Mischungslage aus AlN und Ag sowie auf der Mischungslage ausgebildeten Ag-Partikeln erzeugt wurde.
Der Reflexionsgrad und der Transmissionsgrad der erhaltenen frequenzselektiven Platte wurden in einem Wellenlängenbereich von 300–2500 nm unter Verwendung eines U-4000 automatischen Spektralfotometers von Hitachi Ltd. gemessen. Der Abschirmeffekt (Es) in dem nahen Infrarotgebiet wurde bestimmt, indem der gemessene Wert in den Ausdruck (1) eingesetzt wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
Beispiel 5
Beispiel 4 wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass eine zweite Vorläuferlage (d. h. eine kontinuierliche Ag-Lage mit einer Dicke von 17 nm) auf der ersten Vorläuferlage ausgebildet wurde.
Beispiel 6
Beispiel 4 wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass eine zweite Vorläuferlage (d. h. eine kontinuierliche Ag-Lage mit einer Dicke von 35 nm) auf der ersten Vorläuferlage ausgebildet wurde.
Des Weiteren wurde die erhaltene frequenzselektive Platte mit einem FE-SEM betrachtet. 1 zeigt eine von oben in einer Richtung entlang des Einfallslots der frequenzselektiven Platte aufgenommene Fotografie, und 2 zeigt eine in einer Richtung unter 85 Grad zum Einfallswinkel des Einfallslots aufgenommene Fotografie.
Vergleichsbeispiel 2
Eine kontinuierliche Ag-Lage mit einer Dicke von 40 nm wurde auf dieselbe Weise wie jene des Beispiels 4 direkt auf einer Glasplatte ausgebildet. Die resultierende beschichtete Glasplatte wurde denselben Verfahren unterzogen wie jene des Beispiels 4, wodurch eine frequenzselektive Platte erzeugt wurde. Die frequenzselektive Platte wurde denselben Bewertungstests unterzogen und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Es ist möglich, die Resonanzwellenlänge, bei der der Reflexionsgrad bei dem Maximum ist, durch Erhöhen der Dicke der Mischungslage in einen Bereich von 800–1500 nm zu verschieben. Dies kann jedoch keine frequenzselektive Platte mit einem hohen Transmissionsgrad für sichtbares Licht erzeugen. Im Gegensatz dazu, wie in den Beispielen 4–6 gezeigt, war solch eine Verschiebung der Resonanzwellenlänge und keine Verringerung des Transmissionsgrads für sichtbares Licht durch eine frequenzselektive Platte möglich, die durch Ausbilden einer kontinuierlichen Ag-Lage (einer zweiten Vorläuferlage) an einer ersten Vorläuferlage hergestellt wurde. Des Weiteren ist aus Tabelle 1 ersichtlich, dass die Resonanzwellenlänge gesteuert werden kann, indem die Dicke der kontinuierlichen Ag-Lage angepasst wird, wenn sie in einem Bereich von 600–1500 nm liegt.
Beispiel 7
Eine (erste) Vorläuferlage (Dicke: 50 nm) einer Mischung aus AlN und Ag wurde auf einer Glasplatte auf dieselbe Weise ausgebildet wie jene von Beispiel 4. Danach wurde eine zweite Vorläuferlage (Dicke: 12 nm) aus einer Mischung aus AlN und Ag auf dieselbe Weise wie jene zum Ausbilden der ersten Vorläuferlage auf der ersten Vorläuferlage ausgebildet, mit der Ausnahme, dass jedes Ag-Plättchen in rechteckiger Quaderform mit den Abmessungen 5 mm × 5 mm × 1 mm vorlag. In anderen Worten, jedes Ag-Plättchen zum Ausbilden der zweiten Vorläuferlage wies eine effektive Sputterfläche auf, die ¼ der effektiven Sputterfläche eines jeden Ag-Plättchens zum Ausbilden der ersten Vorläuferlage betrug.
Die resultierende beschichtete Glasplatte wurde auf dieselbe Weise erhitzt und abgekühlt, wie jene des Beispiels 4, wodurch die zielfrequenzselektive Platte mit (a) einer ersten Mischungslage aus AlN und Ag (die von der ersten Vorläuferlage abstammt), (b) einer zweiten Mischungslage aus AlN und Ag (die von der zweiten Vorläuferlage abstammt), die an der ersten Mischungslage ausgebildet ist, und (c) Ag-Partikeln, die auf der zweiten Mischungslage ausgebildet sind, erzeugt wird.
Es zeigte sich, dass die frequenzselektive Platte Ag-Partikel aufwies, deren Anzahl das 0,6-fache jener der Ag-Partikel des Vergleichsbeispiels 3 betrug, und deren durchschnittliche Partikelgröße das 1,3-fache jener der Ag-Partikel des Vergleichstests 3 war und die einen maximalen Reflexionsgrad besaßen, der das 1,2-fache jenes der frequenzselektiven Platte des Vergleichsbeispiels 3 betrug. Die frequenzselektive Platte wurde tatsächlich mit einem FE-SEM (S-4500 (Handelsname) von Hitachi Ltd.) betrachtet, um die Oberflächenmorphologie der Ag-Partikel zu überprüfen, und danach wurde eine Bildverarbeitung durchgeführt, um die Anzahl der Ag-Partikel und deren durchschnittliche Partikelgröße pro Fläche von 10 μm² zu bestimmen. Die Resultate sind in Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2
Vergleichsbeispiel 3
Beispiel 7 wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass die Bildung der zweiten Vorläuferlage weggelassen wurde, wodurch die zielfrequenzselektive Platte mit einer Mischungslage (Dicke: 50 nm) aus AlN und Ag und auf der Mischungslage ausgebildeten Ag-Partikeln erzeugt wurde.
Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, dass durch Ausbilden der zweiten Vorläuferlage in Beispiel 7 die Anzahl der Ag-Partikel im Vergleich mit dem Vergleichsbeispiel 3 abnahm und sich dadurch ihre durchschnittliche Partikelgröße erhöhte. Des Weiteren wurde aus der Betrachtung mit dem FE-SEM deutlich, dass die Partikelgrößenverteilung der Ag-Partikel im Beispiel 7 im Vergleich mit jener des Vergleichsbeispiels 3 enger wurde. Demzufolge, wie in Tabelle 2 gezeigt, war der maximale Reflexionsgrad des Beispiels 7 größer als der des Vergleichsbeispiels 3. Auf Grund der Ergebnisse der Tabelle 2 wird angenommen, dass die Diffusion der Ag-Cluster von der ersten Vorläuferlage in Richtung der Oberfläche der zweiten Vorläuferlage während des Erhitzens um einen bestimmten Grad unterdrückt werden kann, da die Anzahl an Ag-Diffusionswegen, die durch das Erhitzen in der zweiten Vorläuferlage gebildet werden, kleiner als jene der Ag-Diffusionswege ist, die durch das Erhitzen in der ersten Vorläuferlage gebildet werden.
Der gesamte Inhalt eines jeden der japanischen Patentanmeldungen Nos. 2001-132 236 (eingereicht am 27. April 2001) und 2002-060-205 (eingereicht am 6. Mai 2002), deren Prioritäten in der Anmeldung beansprucht werden, ist hierin durch Verweis aufgenommen.

Claims

Frequenzselektive Platte mit einer funkwellentransparenten Eigenschaft, wobei die frequenzselektive Platte umfasst: ein transparentes Substrat; eine Mischungslage, die auf dem transparenten Substrat ausgebildet ist, wobei die Mischungslage eine Mischung aus einem Metallnitrid und Ag umfasst; und Ag-Partikel, die auf der Mischungslage ausgebildet sind, wobei die Ag-Partikel zweidimensional auf der Mischungslage verteilt und voneinander getrennt sind, wobei die Mischungslage (a) ein dreidimensionales Skelett des Metallnitrids und (b) Cluster des Ag umfasst, wobei die Cluster getrennt und dreidimensional in dem dreidimensionalen Skelett des Metallnitrids verteilt sind, wobei jedes Cluster des Ag ein Aggregat aus Ag-Atomen ist und eine Größe besitzt, die kleiner als die jedes Ag-Partikels ist.
Frequenzselektive Platte nach Anspruch 1, wobei die Mischungslage ein erstes Gebiet und ein zweites Gebiet umfasst, das sich an einer Position befindet, die näher an dem transparenten Substrat liegt als das erste Gebiet, wobei eine Ag-Konzentration des erstes Gebietes höher als eine Ag-Konzentration des zweiten Gebietes ist.
Frequenzselektive Platte nach Anspruch 1, wobei die Ag-Partikel eine durchschnittliche Partikelgröße von 100 nm bis 0,5 mm besitzen, und wobei ein Verhältnis einer Gesamtfläche, die von den Ag-Partikeln besetzt ist, zu einer Gesamtfläche der Mischungslage in einer Draufsicht der frequenzselektiven Platte zwischen 0,2 bis 0,8 liegt.
Frequenzselektive Platte nach Anspruch 1, die einen maximalen Lichtstrahlenreflexionsgrad in einem Wellenlängenbereich von 600 nm bis 1500 nm besitzt.
Frequenzselektive Platte nach Anspruch 1, ferner mit einer dielektrischen Lage, die zwischen dem transparenten Substrat und der Mischungslage angeordnet ist.
Frequenzselektive Platte nach Anspruch 1, ferner mit einer dielektrischen Lage, die an der Mischungslage ausgebildet ist, so dass die Ag-Partikel in der dielektrischen Lage eingebettet sind.
Frequenzselektive Platte nach Anspruch 1, wobei ein Abschirmeffekt (E_s) der frequenzselektiven Platte in einem nahen infraroten Gebiet 0,3 oder größer ist, wobei der Abschirmeffekt durch den folgenden Ausdruck (1) definiert ist
wobei λ eine Wellenlänge einer elektromagnetischen Welle ist, die auf eine beschichtete Seite der frequenzselektiven Platte einfällt, R_dp(λ) ein Reflexionsgrad der beschichteten Seite der frequenzselektiven Platte bei der λ ist, und I_sr(λ) eine Intensität von Sonnenstrahlung bei der λ ist, wenn eine Luftmasse 1 ist.
Frequenzselektive Platte nach Anspruch 1, die einen Transmissionsgrad für sichtbares Licht von 15% oder größer besitzt.
Frequenzselektive Platte nach Anspruch 1, ferner mit: einer weiteren Mischungslage, die eine Mischung aus einem Metallnitrid und Ag umfasst und zwischen der Mischungslage und den Ag-Partikeln augebildet ist.
Verfahren zum Herstellen einer frequenzselektiven Platte nach Anspruch 1, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: (a) eine Vorläuferlage auf dem transparenten Substrat ausgebildet wird, wobei die Vorläuferlage eine Vorläufermischung des Metallnitrids und des Ag umfasst; und (b) die Vorläuferlage in die Mischungslage erhitzt wird, so dass die Ag-Partikel, die von dem Ag der Vorläuferlage abstammen, an der Mischungslage geformt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt (b) durch zumindest einen Vorgang ausgeführt wird, der aus der Gruppe gewählt ist, die umfasst: Widerstandshei zung, Gasverbrennungsheizung, Laserstrahlbestrahlung, Elektronenstrahlbestrahlung und Induktionsheizung.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt (a) durch ein Sputtern ausgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen einer frequenzselektiven Platte mit einer funkwellentransparenten Eigenschaft, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: (a) eine erste Vorläuferlage auf einem transparenten Substrat gebildet wird, wobei die erste Vorläuferlage eine Mischung aus einem Metallnitrid und Ag umfasst; (b) eine zweite Vorläuferlage auf der ersten Vorläuferlage gebildet wird, wobei die zweite Vorläuferlage Ag umfasst; und (c) die erste und zweite Vorläuferlage in eine Mischungslage erhitzt werden, so dass Ag-Partikel, die von dem Ag der ersten und/oder zweiten Vorläuferlage abstammen, an der Mischungslage geformt werden.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die zweite Vorläuferlage eine kontinuierliche Ag-Lage mit einer Dicke von 5 nm bis 1 μm ist, wobei die kontinuierliche Ag-Lage Ag umfasst, das kontinuierlich in der kontinuierlichen Ag-Lage verteilt ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die kontinuierliche Ag-Lage eine Konzentration des Ag besitzt, die höher als diejenige des Ag der ersten Vorläuferlage ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die zweite Vorläuferlage eine Mischung des Ag und eines Metallnitrids umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei ein Gehalt des Ag in der zweiten Vorläuferlage kleiner als ein Gehalt des Ag in der ersten Vorläuferlage ist.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend vor dem Schritt (a) den Schritt (d), der eine dielektrische Lage auf dem transparenten Substrat ausbildet, so dass die dielektrische Lage zwischen dem transparenten Substrat und der Mischungslage angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend nach dem Schritt (c) den Schritt (e), dass eine dielektrische Lage auf der Mischungslage ausbildet, so dass die Ag-Partikel in der dielektrischen Lage eingebettet werden.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Metallnitrid ein Nitrid eines Metalls ist, das aus der Gruppe gewählt ist, die umfasst: Al, Si, Ti, Ta, Ge, In, W, V, Mn, Cr, Ni wie auch rostfreie Stähle.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei jede der ersten und zweiten Vorläuferlagen durch Sputtern gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt (c) durch zumindest einen Vorgang durchgeführt wird, der aus der Gruppe gewählt ist, die umfasst: Widerstandsheizung, Gasverbrennungsheizung, Laserstrahlbestrahlung, Elektronenstrahlbestrahlung und Induktionsheizung.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt (c) bei einer Temperatur von etwa 150°C bis zu einem Erweichungspunkt des transparenten Substrats durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Ag-Partikel eine durchschnittliche Partikelgröße von 100 nm bis 0,5 mm besitzen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei ein Verhältnis einer Gesamtfläche, die durch die Ag-Partikel besetzt ist, zu einer Gesamtfläche der Mischungslage in einer Draufsicht der frequenzselektiven Platte zwischen 0,2 und 0,8 liegt.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei eine Partikelgröße der Ag-Partikel derart eingestellt wird, dass die frequenzselektive Platte einen maximalen Lichtstrahlenreflexionsgrad in einem Wellenlängenbereich von 600 nm bis 1500 nm besitzt.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei ein Abschirmeffekt (E_s) der frequenzselektiven Platte in einem nahen infraroten Gebiet 0,3 oder größer ist, wobei der Abschirmeffekt durch den folgenden Ausdruck (1) definiert ist:
wobei λ eine Wellenlänge einer elektromagnetischen Welle ist, die auf eine beschichtete Seite der frequenzselektiven Platte einfällt, R_dp(λ) ein Reflexionsgrad der beschichteten Seite der frequenzselektiven Platte bei der λ ist, und I_sr(λ) eine Intensität von Sonnenstrahlung bei der λ ist, wenn eine Luftmasse 1 ist.